1、機械基礎實驗,鐵碳合金平衡組織觀察,鐵碳平衡組織觀察及金相顯微鏡的使用,一、實驗目的,1.了解金相試樣的制備過程及金相顯微鏡的構(gòu)造和使用方法。,2.進一步熟悉FeFe3C相圖，了解不同成分的合金在平衡狀態(tài)下的顯微組織特征。,3.了解碳的質(zhì)量分數(shù)對鐵碳合金顯微組織的影響，從而加深理解成分、組織與性能之間的相互關(guān)系。,4.通過“互動”，提高學生對金相分析研究的興趣，提高學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。 5.將金相顯微鏡與計算機及相關(guān)的分析系統(tǒng)（視頻金相模塊、金相分析模塊、圖形處理模塊等）相連，使學生初步掌握金相顯微鏡、鐵碳合金顯微組織分析及多媒體網(wǎng)絡、圖像分析等多項知識與技能。,二、實驗設備,1、鐵碳合金的平

2、衡狀態(tài)金相試樣,2、金相互動系統(tǒng),金相互動系統(tǒng)網(wǎng)絡是集合了先進的顯微鏡、圖像分析、網(wǎng)絡技術(shù)、多媒體計算機為一體的網(wǎng)絡教學系統(tǒng)。實現(xiàn)教學觀念、教學方法和教育手段的現(xiàn)代化。,三、實驗概述,鐵碳合金的平衡組織是研究和分析鋼鐵材料的基礎，所謂平衡狀態(tài)的顯微組織是指合金在極為緩慢的冷卻條件下（如退火狀態(tài)即接近平衡狀態(tài)）所得到的組織。鐵碳合金的平衡組織主要指碳鋼和白口鑄鐵組織。所有碳鋼和白口鑄鐵的室溫組織均由鐵素體（F）和滲碳體（Fe3C）這兩個基本相所組織。但由于含碳量不同，鐵素體（F）和滲碳體（Fe3C）相對數(shù)量、析出條件以及分布情況均有所不同，因為呈現(xiàn)各種不同的組織形態(tài)。,1、金相組織分析,圖1-3

3、 工業(yè)純鐵顯微組織（100）浸蝕劑為4硝酸酒精溶液,純鐵在室溫下具有單相鐵素體組織。含碳量小于0.0218的鐵碳合金通常稱為工業(yè)純鐵。黑色線條是鐵素體的晶界，而亮白色基底則是鐵素體的不規(guī)則等軸晶粒，在某些晶內(nèi)和晶界驅(qū)粗處還可以看到不連續(xù)的薄片狀三次滲碳體,含量微小忽略不計。,1、工業(yè)純鐵,（1）亞共析鋼 亞共析鋼的含碳量在0.0218%0.8范圍內(nèi)，其組織有鐵素體和珠光體所組成。隨著含碳量的增加，鐵素體的數(shù)量逐漸減少，而珠光體的數(shù)量則相應地增多，兩者的相對量可由杠桿定律求得。也可根據(jù)顯微鏡下觀察到的珠光體和鐵素體各自所占面積的百分數(shù)，近似地計算出鋼的含碳量：c=p0.8式中：C%鋼的含碳量；

4、P珠光體所占面積。,2、碳鋼,含碳量在0.0218%2.11范圍內(nèi)的鐵碳合金稱為碳鋼。按其含碳量與平衡組織的不同，可分為亞共析碳鋼，共析碳鋼和過共析碳鋼3種。,圖1-4所示分別為亞共析鋼（20鋼和60鋼）的顯微組織，其中亮白色為鐵素體，暗黑色為珠光體。,圖1-4 亞共析鋼顯微組（100） 浸蝕劑為4硝酸酒精溶液,含碳量為0.8的碳鋼稱為共析鋼，它由單一的珠光體組成，組織如圖1-2所示。,（2）共析鋼,珠光體是鐵素體和滲碳體的機械混合物。在一般退火處理的情況下，是由鐵素體與滲碳體相互混合交替排列形成的層狀組織 。,圖1-2 共析鋼顯微組織（450） 浸蝕劑為4硝酸酒精溶液,圖1-5所示含碳量為1

5、.2的過共析碳鋼的顯微組織。組織形狀為層片相間的珠光體和細小的網(wǎng)絡狀滲碳體。經(jīng)硝酸酒精溶液浸蝕后，珠光體呈暗黑色，而二次滲碳體呈白色細網(wǎng)狀。,圖1-5 過共析鋼顯微組織（400） 浸蝕劑為4硝酸酒精溶液,（3）過共析鋼,含碳量在0.82.11范圍內(nèi)的碳鋼稱為過共析鋼，它在室溫下的組織由珠光體和二次滲碳體組成。鋼中的含碳量越多，二次滲碳體數(shù)量就越多。二次滲碳體呈網(wǎng)狀分布于晶界上。,（1）亞共晶白口鑄鐵 含碳量為2.114.3%范圍內(nèi)的白口鑄鐵稱為亞共晶白口鑄鐵。室溫下亞共晶白口鑄鐵的組織為珠光體、二次滲碳體和萊氏體，用硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡下呈現(xiàn)黑色枝晶狀的珠光體和斑點狀萊氏體。,3、白口

6、鑄鐵,白口鑄鐵是含碳量為2.11%6.69%范圍內(nèi)的鐵碳合金，按其含碳量及平衡組織的不同，又可分為亞共晶白口鑄鐵，共晶白口鑄鐵和過共晶白口鑄鐵3種。,圖1-6 亞共晶白口鑄鐵顯微組織（200） 浸蝕劑為4硝酸酒精溶液,共晶白口鑄鐵的含碳量為4.3%，它在室溫下的組織由單一的共晶萊氏體組成，經(jīng)浸蝕后，在顯微鏡下珠光體呈暗黑色細條及斑點狀，滲碳體呈亮白色。,（2）共晶白口鑄鐵,圖1-7 共晶白口鑄鐵顯微組織（200） 浸蝕劑為4硝酸酒精溶液,含碳量為4.36.69范圍內(nèi)的白口鑄鐵稱為過共晶白口鑄鐵，在室溫下的組織由一次滲碳體和萊氏體組成。用硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡下可觀察到在暗色斑點的萊氏體基

7、底上分布著亮白色粗大條片狀的一次滲碳體。,（3）過共晶白口鑄鐵,圖1-8 過共晶白口鑄鐵顯微組織（200） 浸蝕劑為4硝酸酒精溶液,鐵碳合金平衡組織視頻介紹,2、金相互動實驗系統(tǒng),1）金相顯微鏡的使用,研究金相顯微組織的光學顯微鏡稱為金相顯微鏡。金相顯微鏡可分為臺式、立式和臥式三大類，構(gòu)造由光學系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和機械系統(tǒng)三大部分組成。還附有攝影裝置。下面以XJB1（4X）型金相顯微鏡為例.,1-載物臺；2-物鏡；3-半反光鏡；4-轉(zhuǎn)換器；5傳動箱；6-微動調(diào)焦手輪； 7粗動調(diào)焦手輪； 8-偏心圈 9-目鏡；10-目鏡管 ；11固定螺釘；12-調(diào)節(jié)螺釘；13視場光闌；14-孔徑光闌,本實驗使用的4

8、XCE電腦型三目倒置金相顯微鏡。 4XCE金相顯微鏡即可人工觀察金相圖像,又可以在電腦上很方便地適時觀察金相圖像，并以數(shù)碼照片記錄下來,從而對金相圖譜進行分析,評級等,還可以數(shù)碼沖洗或打印出高像素金相照片。,金相顯微鏡的使用視頻介紹,金相顯微鏡4XCE的技術(shù)參數(shù): 1.目鏡 目鏡管：三目鏡管（傾斜30度 眼瞳調(diào)節(jié)范圍 55-75mm） 平場目鏡： 10X2.物鏡 平場消色差物鏡：10X、25X、40X、100X(oil)3.載物臺 方臺：150X200mm, 移動范圍：15 X 15 mm4.照明：庫列照明系統(tǒng)、6V20W鎢鹵素燈、亮度可調(diào)5.光學放大倍數(shù)：40-1000X 6.放大倍數(shù):10

9、0-2500倍 (計算機) 儀器的組成部分 1、金相顯微鏡4XC 2、電腦適配鏡3、彩色攝像機 4、圖象采集設備,圖2 4XCE金相顯微鏡的結(jié)構(gòu),圖3 儀器組成,2）金相互動系統(tǒng),幾個重要模塊,視頻金相模塊,該模塊支持學生單獨觀察金相組織，不提供互動接口。,提供驅(qū)動器選擇 設置圖像格式（320 x240） 可捕獲高像素靜態(tài)圖像 提供圖像處理接口,群組控制模塊,本模塊完成老師與學生的互動，只有老師與學生同時開啟此模塊“握手后方可生效。其主要功能為：,電子舉手,視頻傳輸,群組討論,遞交試驗報告,金相圖譜模塊,圖像處理模塊,該模塊由： 基礎金相；焊接金相；運行金相；斷裂金相等子模塊組成。,模塊類似P

10、S功能，具有對金相圖譜和視頻金相模塊中捕獲的圖像,進行精確分析、,調(diào)整。,實驗報告模塊,模塊有六項實驗報告內(nèi)容。其中的鐵碳合金平衡組織觀察分為A、B、C卷，由同組的三位同學獨立完成其中任意一份卷子。,同學之間不得同卷。然后打開“文件操作”的下拉菜單，以自己的姓名存盤文件。待打開“群組控制”模塊，以電子舉手方式向老師發(fā)送實驗報告。,四、實驗步驟,1實驗前復習FeFe3C相圖并詳細閱讀本書附錄“金相顯微分析基礎知識”，了解顯微鏡的操作過程。,2按觀察要求，選擇目鏡和物鏡裝在顯微鏡上。,3將試樣磨面對著物鏡放在顯微鏡載物臺上。,4接通電源。,5用手慢旋顯微鏡的粗調(diào)焦手輪，視場由暗到亮，調(diào)至看到組織，

11、然后再旋轉(zhuǎn)微調(diào)焦手輪，直到圖象清晰為止，調(diào)節(jié)動作要緩慢，不允許試樣與物鏡接觸。,6調(diào)出視頻金相模塊，為同組其他同學提供觀察窗口。,7若需要和老師或同學討論問題，可調(diào)出金相互動模塊。,五、注意事項,1將試樣置放在載物臺上，從目鏡上觀察，用雙手旋轉(zhuǎn)粗細調(diào)手輪，當視場亮度增強或看到組織后，再調(diào)節(jié)微調(diào)手輪直到圖像清晰為止。,2當微調(diào)手輪轉(zhuǎn)不動時，不可強力旋轉(zhuǎn)，而應向反方向旋轉(zhuǎn)幾圈后再重新調(diào)焦。,3需要變換觀察部位時，用手推動載物臺，可使載物臺在水平面上作一定范圍的移動，不可把試樣在載物臺上來回拉動。,不經(jīng)同意，不可用USB等存儲介質(zhì)與計算機傳遞信息。,5不可刪除計算機中的文件。,六、實驗報告要求 本實驗有兩份報告，即電子報告和紙質(zhì)報告。 1. 電子實驗報告 電子實驗報告模塊有六項實驗報告內(nèi)容。其中的鐵碳合金平衡組織觀察分為A、B、C卷，由同組的三位同學獨立完成其中任意一份卷子。實驗報告內(nèi)容見金相互動系統(tǒng)軟件中的電子實驗報告（略）。 2. 紙質(zhì)實驗報告 1）簡述金相顯微鏡的基本原理和主要結(jié)構(gòu)。 2）敘述金相顯微鏡的使用方法要點及其注意事項。 3）簡述金相樣品的制備步驟。 4）認真觀察表中所列的各種材料的顯微組織，識別